惠民凹陷夏口走滑正断层封堵能力差异性及其成因动力学机制

王亚琳

(中国石化胜利油田分公司，山东 东营 257015)

0 引 言

断陷盆地中，断层的封闭性能对油气的运移和聚集起重要的控制作用。关于断层启闭性，目前已经有众多的研究成果[1-7]，包括断层侧向封堵性和断层垂向启闭性2个方面。事实上，由于断层成因机制的不同，正断层、逆断层、走滑断层的封堵性存在明显的差异；即使是同一条断层，由于断层面本身具有走向多变、凹凸不平、陡缓不同等三维几何形态的差别，在不同的区段也表现出不同的启闭性[8-11]，而济阳坳陷惠民凹陷夏口断层即为不同区段具有不同三维几何形态的走滑正断层。前人对夏口断层封闭性能的研究解释了断层两盘油气成藏的差异性现象，但没有揭示断层封堵能力差异性的本质。该文试图以济阳坳陷惠民凹陷夏口断层为例，从断层形成的动力学角度分析入手，探讨走滑正断层封堵能力差异性的地质原因，为走滑正断层封堵能力的研究提供了新的思路和方法，对其他地区具有一定的的借鉴和指导作用。

1 断层特征与成因机制

1.1 断层几何学特征

夏口断层为惠民凹陷临南洼陷与曲堤地垒的分界断层(图1)。断层平面上呈向南凸出的弧形，总体走向为NE向，由不同段的近EW向和NE向断层组成，整体倾向NW。断层东西长约为90 km，断距为200～2 000 m，断穿层位为中生界—新近系明化镇组，且自下而上断距逐渐变小。主断层常与NEE向次级断层斜交形成羽状断裂系统，显示其具有右行走滑伸展断层的特征。其派生的次级断层以同向断层为主，形成马尾状结构[12]。

图1惠民凹陷形成机制及夏口走滑断层

夏口断层是继承性活动断层，古近系孔店组至沙四段沉积时期活动较弱，主要控制了沙三段及其之后的地层沉积，对沙一段至东营组的控制作用尤为明显，表明夏口断裂开始活动于沙三段沉积期，强烈活动于沙一段—东营组沉积时期[9-10]。

1.2 断层成因机制

夏口断层与北部的临邑断层组合成一个大型的负花状构造，具有走滑伸展性质，自古近纪沙河街组沉积以来，控制了盆地的快速沉降。因此，临南洼陷沙三段—东营组沉积期的盆地原型为走滑伸展盆地，叠加在早期的伸展盆地之上。临南洼陷的发育演化与新生代时期兰聊断裂的右行走滑有关(图1)，夏口断层、临邑断层可以看做是兰聊断层右行走滑的R剪切面同向走滑断层。由于兰聊断层在新生代的持续活动，形成了临南洼陷现今的走滑—伸展盆地构造特征[12-13]。

2 断层两盘油气聚集差异性

以夏口断层为界，下降盘形成临南洼陷，上升盘形成曲堤地垒，两者间的油气成藏具有明显差异性：下降盘油气富集则上升盘油气贫乏，下降盘贫油则上升盘富集(图2)。以X26、X464井为界，划分为西段(X26井以西)、中段(X26—X464井之间)、东段(X464井以东)等3个区段。

2.1 西段油气发现

下降盘发现了X32、X326井等连片含油区带，构成临南油田的一部分。而上升盘钱官屯地区仅探明Q4、Qx14、Qx141、Qx15、Qx19井等零星含油区块。

2.2 中段油气发现

上升盘发现了曲堤油田；而下降盘以X37井为界分成两部分：西部的NE向区段仅发现X24、X16等较窄的含油条带。东部近EW向区段发现了X961、X461、X223井等大面积含油区块。

2.3 东段油气发现

东段完钻井较少。下降盘在X28、X95、X11井见油气显示或低产油流；上升盘的L1、Bg1、B2、B3、X553等井均钻探落空。

西段和中段油气差异分布的原因是夏口断层不同区段封堵能力不同。临南洼陷的油气在向临南斜坡运移时：西段受到断层的封闭而被阻止，在下降盘形成临南油田；局部区段可能封闭能力差，油气越过断层在钱官屯地区聚集；中段断层的封堵能力较差，油气越过断层到达上升盘，富集形成曲堤油田；东段未成藏的原因可能与生烃洼陷相距较远、油气运移路径复杂等有一定关系。

3 走滑正断层封堵能力差异性的动力学机制

前人先后应用模糊评价、泥岩涂抹系数等方法研究了断层在纵、横向上的封闭性，总结了断层封闭能力演化过程[8，11，14-16]。

图2夏口断层扭张构造与油气运聚关系

断层的凹凸面控制油气的运聚，油气沿夏口断层向北突出的凸形断面较陡处以汇聚流的形式运移至曲堤地区，坡度较缓的凹形断面处不是油气运移的优势方向[14]；同时，断层活动性控制油气的运聚，中段活动性最强、西段次之、东段最弱，使得南斜坡油气分布差异较大[11、16]；X26—X24井区段，断层下降盘沙三段砂岩与上升盘沙四段砂岩大量对接，导致断层的封闭性较差[16]。

3.1 走滑正断层封堵能力差异性的动力学成因模式

前人在研究大型走滑断层的力学性质时认为：右行走滑断层右阶弯曲处表现为张性环境，可形成断陷盆地，右行走滑断层左阶弯曲处局部表现为压性环境(图3a)，可形成断块隆起；相反，左行走滑断层右阶弯曲处局部表现为压性环境，可形成断块隆起，左行走滑断层左阶弯曲处局部表现为张性环境，可形成断陷盆地。

图3 走滑断层弯曲处的受力性质及露头方解石充填特征

同理，一条规模相对较小的走滑断层，在其弯曲处不具备形成断陷或隆起的能力，但可以改变断层两盘地层接触的紧密程度。通过对一条走滑微断层的露头观察，发现方解石充填宽度明显不同，有规律地呈现宽—窄—宽—窄……，宽的方解石脉充填说明断层是张开的，处于拉张环境，充填前有利于油气的运移；窄的方解石脉充填或无充填代表构造的压性或弱张性环境，有利于油气的聚集成藏(图3b)。

走滑正断层以正断活动为主要特征，但由于存在水平方向的走滑分量，不同位置断层面走向与走滑方向的夹角不同，导致不同弯曲处的局部力学性质有所不同，表现为局部的挤压或局部拉张，进而影响断层的启闭性。

3.2 夏口断层不同区段力学性质与启闭性

惠民凹陷的主要成藏期为新近纪[17-19]。因此，研究新近系夏口断层的应力状态，可以推断断层不同区段的封堵性。新近系研究区主要遭受近WE向的挤压[20-23]。研究区内X503井井壁崩落方向为近SN 向,诱导缝走向为NEE向75 ℃,说明新近纪至现今主应力为NEE向压应力。夏口断层承受的挤压应力可以分解为与断层平行的走滑分量和与断层垂直的挤压分量，且走滑分量大于挤压分量，断层整体以右旋走滑压扭为特征；在该走滑分量作用下，断层发生一定程度的右旋走滑压扭活动。对该断层的不同区段受力情况进行分析，可以划分出(强)张段、走滑压扭段和走滑扭压段。

3.2.1 (强)张段

近EW向和NEE向区段与区域主压应力场方向平行，处于右行走滑右阶弯曲处，表现为局部强拉张环境，断层封堵能力差，应该是油气穿过断层向上升盘运移的主要通道。

X30-X2—X36—X67区段：下降盘仅有X26井沙三段见显示，而X36、X67井等无显示。从上升盘钱官屯油田的展布方向来看，油气应该来自于该区段的西半段X30—X2井以东的X26—X36井区。

X962—X224—X223区段：下降盘仅有X224、X22井见油气显示，是上升盘曲堤油田的主要油气来源通道。地球化学研究发现，曲堤油田的原油来自2个途径：一是从X50井往南东东方向到X24井经过Qx104-Q102井，再向前一直到Qx8井；二是自X47井向西南方向经Q15井，一直到Q10井，再向西南、南、东南方向至Q102、Qx9-Qx8井；且大部分油气来自于东北部的X47井方向[12]，也证明夏口断层在X962—X224—X223井区段是开启的。

X11—X553区段：距离临南生烃洼陷比较远，至今在上、下盘均未发现油气。

3.2.2 走滑压扭段

NE向区段局部走滑分量略大于挤压分量，断层封堵性较好，下降盘构造圈闭可以聚集油气；当油藏压力大于断层排替压力时，部分油气可以突破断层的封堵，向上升盘运移。

X321—X326—X32—X30-X2区段：下降盘目前发现了受断层封堵作用控制的构造油藏，主要含油层系为古近系沙三段中—上亚，同时也是钱官屯油田的油气来源之一。

X24-7—X24—X16—Xx961—X962区段：该带下降分布沙三段构造油藏，探明储量为120×104t；部分油气突破断层的封堵，成为曲堤油田的油气来源之一[14、16]。

X223—X464—X28—X95区段：X223井古近系发育受夏口断层控制的构造油藏，沙三段试油3层，均获工业油流；X28井沙三段下亚段测试日产油为1.86 t/d、日产水为12.40 m3/d，X28井沙三段试油大量出水，说明油气源不够充足，油气不具备越过断层继续在上升盘运移的条件，由于钻探落空，上升盘的梁1井沙二段录井见2层2 m油斑。

3.2.3 走滑扭压段

NNE向区段挤压分量明显大于走滑分量，处于右行走滑左阶弯曲处，表现为局部强烈挤压作用，断层封堵性最强。

X57—X321区段：根据失利原因分析，下降盘的多口井未见油气显示的原因是油气输导问题，而与断层封堵性无关。

X95—X11区段：该段虽然封堵性较好，但远离生烃洼陷，油气源条件较差。下降盘X95井古近系沙三段中亚段日产油为3.18 t/d；X11井在古近系沙四段解释油水同层1层2.4 m。上升盘的白古1、白2、白3井均钻探落空。

4 结 论

(1) 走滑正断层不同区段局部受力性质的差别是造成断层封闭能力存在差异的主要地质原因。

(2) (强)张段对应断层开启段，是油气通过断层向曲堤地垒运移的主要通道。

(3) 局部走滑压扭段对应断层封堵段，是断层下降盘油气成藏的主要区带，当下降盘的油藏压力大于断层的突破压力时，也可以成为上升盘油气运移的通道之一。

(4) 走滑扭压段封闭能力极强，不利于油气的横向和垂向运移。

(5) 该研究为走滑正断层封堵能力的研究提供了新的思路和方法，该方法既可以用于断层封堵性的研究，也可以对它源浅层圈闭的油气来源进行预测，对油气勘探具有一定的指导作用。

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